KR101406872B1 - 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더 - Google Patents

일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 사이드 스크린 및 안내부를 이용하여 방사능 차폐 효과를 높일 수 있으면서도 복수개의 증기발생기카세트로부터 배출되는 냉각재를 효과적으로 혼합하여 원자로로 공급할 수 있어 안전성을 높인 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더에 관한 것이다.

Description

일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더 {SIDE-SCREEN FLOW MIXING HEADER FOR AN INTEGRAL NUCLEAR REACTOR}
본 발명은 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 사이드 스크린 및 안내부를 이용하여 방사능 차폐 효과를 높일 수 있으면서도 복수개의 증기발생기카세트로부터 배출되는 냉각재를 효과적으로 혼합하여 원자로로 공급할 수 있어 안전성을 높인 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더에 관한 것이다.
일반적으로 원자력발전소는 개별적 기능을 가진 계통들의 조합으로 구성된다. 상기 계통은 원자로를 중심으로 한 핵증기공급계통(nuclear steam supply system)과, 증기를 공급받아 발전기를 돌리는 터빈 등의 발전기계통, 그리고 기타 부수설비로 구분된다. 이하 본 명세서에서 상기 핵증기공급계통은 일차측, 상기 발전기계통은 이차측이라고도 한다.
원자로는 핵분열성 물질의 연쇄핵분열반응을 인공적으로 제어하여 열을 발생시키거나 방사성 동위 원소, 또는 방사선장 형성 등의 여러 목적에 사용할 수 있는 장치로서, 상기 일차측의 핵심적 구성 요소이다.
아래에서, 다양한 종래의 원자로를 설명한다.
도 1은 종래의 분리형(Loop type) 원자로 시스템(10)을 도시하였다. 도 1에 도시한 분리형 원자로 시스템(10)은 격납용기(11); 상기 격납용기(11) 내부에 구비되며, 배관을 통해 서로 연결되는 원자로(12), 가압기(13), 증기발생기(14) 및 주냉각재펌프(15); 상기 증기발생기(14)와 연결되는 증기터빈(16); 및 상기 증기터빈(16)과 연결되어 전기를 생산하는 발전기(17);를 포함한다.
도 1에 도시한 원자로의 배관을 없앤 일체형(Integral type) 원자로 시스템(20)의 단면사시도를 도 2에 나타내었다.
도 2에 도시한 일체형 원자로 시스템(20)은 압력용기(21), 상기 압력용기(21) 내부에 구비되는 원자로(22), 상기 원자로(22)와 함께 상기 압력용기(21) 내부에 구비되는 핵증기공급계통을 구성하는 가압기(23), 증기발생기(24), 주냉각재펌프(25)를 포함하여 구비된다.
이 때, 도 2에 도시한 일체형 원자로 시스템(20)은 상기 원자로(22)에서 가열된 냉각재가, 상기 주냉각재펌프(25)로 공급되고, 상기 주냉각재펌프에 의해 그 흐름이 아래로 바뀌어 증기발생기(24)상부의 환형 공동으로 공급된다. 냉각재는 상기 증기발생기(24)를 지나면서 열교환에 의해 냉각되고 하향수로를 통해 다시 상기 원자로(22)로 공급된다.
즉, 일체형 원자로 시스템은 복수개의 상기 증기발생기가 병렬로 배치되고, 증기발생기를 통과하여 냉각된 냉각재가 원자로로 다시 공급된다.
그런데, 이상적인 조건 하에서는 복수개의 증기발생기의 출구측 냉각재 온도가 서로 균일하나, 운전 상태에 따라 복수개의 증기발생기의 출구측 냉각재 온도가 서로 달라질 수 있으며, 특히, 일부 증기발생기의 운전이 정지되거나 성능이 크게 저하되는 경우, 냉각재 온도의 불균일성은 더욱 커질 수 밖에 없다.
이와 같이, 원자로 노심 입구에서, 원자로의 원주 방향으로 냉각재 온도가 균일하지 않으면, 일부 냉각재는 충분히 냉각되지 못한 상태로 원자로 노심으로 공급되어 원자로 시스템의 열적 마진 저하와 함께 원자로의 안전에 악영향을 미치는 요인이 될 수 있다.
한편, 원자로는 핵분열성 물질의 연쇄핵분열반응이 일어나므로 외부로 방사능이 방출되지 않도록 하는 것이 매우 중요하다.
따라서, 일체형 원자로 시스템에 있어, 방사능 차폐 성능을 가지면서도 냉각수가 효과적으로 혼합되어 원자로 노심으로 공급되도록 하는 구조가 요구되고 있다.
한국공개특허 제 2006-0098266호 (공개 : 2006.09.18)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 사이드 스크린 및 안내부를 이용하여 방사능 차폐 효과를 높일 수 있으면서도 복수개의 증기발생기카세트로부터 배출되는 냉각재를 효과적으로 혼합하여 원자로로 공급할 수 있어 안전성을 높인 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 금속 소재의 사이드 스크린이 복수개의 다중관 형태로 구비되어 효과적으로 방사능을 차폐할 수 있으며, 원자로의 크기 및 방사능 방사 정도에 따라 그 두께 및 개수를 용이하게 조절가능한 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 사이드 스크린의 내주 및 외주를 따라 냉각재를 안내하는 안내부가 돌출형성됨으로써 복수개의 증기발생기카세트 중 일부의 운전이 정지되거나 성능이 저하되는 경우에도 냉각재가 효과적으로 혼합되어 원자로로 공급됨으로써 원자로를 안정적으로 냉각할 수 있으며, 전체 안전성을 보다 높일 수 있는 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더를 제공하는 것이다.
또, 본 발명의 목적은 원자로의 원주를 따라 다수의 영역에 영향을 끼치는 복수개의 증기발생기카세트가 구비되는 경우에, 하나의 영역의 제1공간부 내지 제N+1공간부로 유입된 냉각재가 안내부에 의해 각각 안내되어 원자로 원주의 모든 영역으로 분배됨으로써, 증기발생기가 부분적으로 운영된다 하더라도 원자로로 유입되는 냉각재의 온도 균일성을 확보할 수 있는 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더를 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 안내부가 나선형태로 형성되어 냉각재의 유동성을 보다 확보할 수 있으며, 사이드 스크린 및 안내부가 일체로 형성되어 제조성 및 조립성을 향상할 수 있는 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더를 제공하는 것이다.
본 발명의 일체형 원자로 시스템(1000)의 사이드 스크린(610)을 이용한 유동혼합헤더(600)는 압력용기(100); 상기 압력용기(100) 내부에 구비되며, 하측에 냉각재 유입구(202)가 형성되는 원자로(200); 상기 압력용기(100)에 설치되는 주냉각재펌프(300); 상기 주냉각재펌프(300)를 통해 상기 원자로(200)와 압력용기(100) 사이로 냉각재가 공급되어 이동되며 원자로(200) 외주를 따라 복수개 구비되는 증기발생기카세트(400); 상기 원자로(200)와 압력용기(100) 사이에 상기 복수개의 증기발생기카세트(400)로부터 배출되는 냉각수가 상기 원자로(200)의 냉각재 유입구(202)로 이동되는 하향수로(500);를 포함하는 일체형 원자로 시스템(1000)에 있어서, 상기 일체형 원자로(200)는 상기 하향수로(500)에 유동혼합헤더(600)가 구비되되, 상기 유동혼합헤더(600)는 상기 원자로(200)를 감싸는 관 형태의 사이드 스크린(610); 및 상기 사이드 스크린(610)의 상측과 하측을 연결하되, 상기 사이드 스크린(610)의 내주 또는 외주를 따라 냉각재가 유동하도록 상기 사이드 스크린(610)의 내주면 또는 외주면으로부터 돌출형성되는 안내부(620);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 안내부(620)는 상기 사이드 스크린(610)의 내주 또는 외주에 복수개 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사이드 스크린(610)은 다중관 형태로, 제1사이드 스크린(611) 내지 상기 압력용기(100) 내측에 제N-1사이드 스크린(61(N-1))을 감싸는 관형태의 제N사이드 스크린(61N)을 포함하며, 상기 안내부(620)는 상기 제1사이드 스크린(611)에 형성되는 제1안내부(621) 내지 상기 제N사이드 스크린(61N)에 형성되는 제N안내부(62N)를 포함하는 것을 특징으로 한다. (N은 2이상의 정수)
또, 상기 유동혼합헤더(600)는 상기 하향수로(500) 내부 공간을 상기 원자로 지지부(201)와 제1사이드 스크린(611) 사이의 제1공간부(501) 내지 상기 제N-1사이드 스크린(61(N-1))과 상기 제N사이드 스크린(61N) 사이의 제N공간부(50N)와, 상기 제N사이드 스크린(61N)과 압력용기(100) 사이의 제N+1공간부(50(N+1))로 구획하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 증기발생기카세트(400)는 N+1개로 형성되며, 상기 유동혼합헤더(600)를 상기 원자로(200) 외주방향으로 각각의 증기발생기카세트(400)가 형성되는 제1영역 내지 제N+1영역으로 구분하였을 때, 상기 제1영역 내지 제N+1영역 중 하나를 형성하는 상기 제1공간부(501) 내지 제N+1공간부(50(N+1))로 유입된 냉각재는 각각 상기 제1영역 내지 제N+1영역으로 안내되어 이동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유동혼합헤더(600)는 상기 안내부(620)에 의해 이웃하는 사이드 스크린(610)이 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 안내부(620)는 나선형태인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 사이드 스크린(610)은 금속 소재인 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더는 사이드 스크린 및 안내부를 이용하여 방사능 차폐 효과를 높일 수 있으면서도 복수개의 증기발생기카세트로부터 배출되는 냉각재를 효과적으로 혼합하여 원자로로 공급할 수 있어 안전성을 높인 장점이 있다.
특히, 본 발명의 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더는 금속 소재의 사이드 스크린이 복수개의 다중관 형태로 구비되어 효과적으로 방사능을 차폐할 수 있으며, 원자로의 크기 및 방사능 방사 정도에 따라 그 두께 및 개수를 용이하게 조절가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더는 사이드 스크린의 내주 및 외주를 따라 냉각재를 안내하는 안내부가 돌출형성됨으로써 복수개의 증기발생기카세트 중 일부의 운전이 정지되거나 성능이 저하되는 경우에도 냉각재가 효과적으로 혼합되어 원자로로 공급됨으로써 원자로를 안정적으로 냉각할 수 있으며, 전체 안전성을 보다 높일 수 있는 장점이 있다.
또, 본 발명의 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더는 원자로의 원주를 따라 다수의 영역에 영향을 끼치는 복수개의 증기발생기카세트가 구비되는 경우에, 하나의 영역의 제1공간부 내지 제N+1공간부로 유입된 냉각재가 안내부에 의해 각각 안내되어 원자로 원주의 모든 영역으로 분배됨으로써, 증기발생기가 부분적으로 운영된다 하더라도 원자로로 유입되는 냉각재의 온도 균일성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 본 발명의 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더는 안내부가 나선형태로 형성되어 냉각재의 유동성을 보다 확보할 수 있으며, 사이드 스크린 및 안내부가 일체로 형성되어 제조성 및 조립성을 향상할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 분리형 원자로 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 종래의 일체형 원자로 시스템을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 일체형 원자로 시스템을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더의 부분 삭제 사시도.
도 6 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더의 제1영역 내지 제N+1영역을 나타낸 도면 및 평면도.
도 7은 도 6에 도시한 유동혼합헤더의 유동혼합헤더 하측의 배출영역을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 일체형 원자로 시스템의 사이드 스크린을 이용한 유동혼합헤더의 다른 예를 나타낸 평면도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 일체형 원자로 시스템(1000)의 사이드 스크린(610)을 이용한 유동혼합헤더(600)를 첨부한 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 유동혼합헤더(600)는 압력용기(100); 상기 압력용기(100) 내부에 구비되며, 하측에 냉각재 유입구(202)가 형성되는 원자로(200); 상기 압력용기(100)에 설치되는 주냉각재펌프(300); 상기 주냉각재펌프(300)를 통해 상기 원자로(200)와 압력용기(100) 사이로 냉각재가 공급되어 이동되며 원자로(200) 외주를 따라 복수개 구비되는 증기발생기카세트(400); 상기 원자로(200)와 압력용기(100) 사이에 상기 복수개의 증기발생기카세트(400)로부터 배출되는 냉각수가 상기 원자로(200)의 냉각재 유입구(202)로 이동되는 하향수로(500);를 포함하는 일체형 원자로 시스템(1000)의 하향수로(500) 내부에 구비되는 구성으로서, 먼저, 일체형 원자로 시스템(1000)의 작동을 설명한다.
상기 압력용기(100)는 상기 일체형 원자로 시스템(1000)을 형성하는 기본 몸체로서, 방사능 차폐 효과가 있는 재질 및 나머지 구성들을 지지할 수 있는 정도의 내구성을 갖는 재질 및 형태로 형성된다.
상기 원자로(200)는 상기 압력용기(100)의 내부 중심에 구비되어 핵분열성 물질의 연쇄핵분열반응이 일어난다.
이 때, 원자로(200)는 원자로 지지부(201)에 의해 형성되며, 하측에 냉각재 유입구(202)가 형성되어 상기 냉각재 유입구(202)를 통해 유입된 냉각재에 의해 냉각된다.
상기 주냉각재펌프(300)는 상기 압력용기(100)에 구비되며, 상기 원자로(200)의 냉각재를 흡입하여 상기 증기발생기카세트(400)로 냉각재를 펌핑한다.
상기 주냉각재펌프(300)는 원자로(200) 크기 및 냉각재 용량 등에 따라 다수개가 구비될 수 있고, 원자로(200)의 고온영역에 구비되는 것이 바람직하나, 그 위치는 더욱 다양하게 구비될 수 있다.
상기 증기발생기카세트(400)는 상기 주냉각재펌프(300)를 통해 상기 원자로(200)와 압력용기(100) 사이로 냉각재가 공급되어 이동되며 원자로(200) 외주를 따라 복수개 구비된다.
상기 하향수로(500)는 상기 원자로(200)와 압력용기(100) 사이에 상기 복수개의 증기발생기카세트(400)로부터 배출되는 냉각수가 상기 원자로(200)의 냉각재 유입구(202)로 이동되는 공간으로서, 전체가 서로 연통되는 공간이다.
상기 증기발생기카세트(400)와 하향수로(500)는 분리판(510)에 의해 구획되며, 상기 분리판(510)에 연결부(511)가 중공되어 상기 증기발생기카세트(400)로부터 냉각재가 상기 하향수로(500)로 이송된다.
도 4에서, 상기 연결부(511)가 12개 중공형성된 예를 나타내었으며, 상기 연결부(511)는 각각 증기발생기카세트(400)와 연결될 수도 있고, 몇 개의 연결부(511)가 모듈 형태로 증기발생기카세트(400)와 연결될 수도 있다.
도 4에서, 3개의 사이드 스크린(610)이 형성된 예를 나타내었으며, 안내부(620)의 형태는 나타내지 않았다.
본 발명의 유동혼합헤더(600)는 상기 하향수로(500)에 구비되는 구성으로서, 사이드 스크린(610)과 안내부(620)를 포함하여 형성된다.
상기 사이드 스크린(610)은 상기 원자로(200)(원자로 지지부(201))를 감싸는 관형태로 구비되어 상기 하향수로(500) 공간을 복수개의 공간부로 구획한다.
이 때, 상기 사이드 스크린(610)은 금속 소재가 이용되어, 방사능 차폐 가능하도록 하는 것이 바람직하며, 상기 금속은 스테인레스 스틸을 포함할 수 있다.
또한, 상기 사이드 스크린(610)의 개수 및 형성 직경은 도면에 도시된 예 외에도 더욱 다양하게 형성될 수 있다.
상기 안내부(620)는 상기 사이드 스크린(610)의 내주 또는 외주면으로부터 돌출형성되는 구성으로서, 상측으로 유입된 냉각재를 하측으로 안내하도록 상기 사이드 스크린(610)의 상측과 하측을 연결한다.
상기 안내부(620)는 상기 사이드 스크린(610)의 내벽면 또는 외벽면을 따라 냉각재가 유동되는 형태로서, 상기 사이드 스크린(610)의 내벽면 또는 외벽면을 따라 복수개가 형성될 수 있다.
상기 안내부(620)는 냉각재의 유동 저항을 최소화하기 위하여 나선형태로 형성될 수 있다.
상기 안내부(620)는 상기 하향수로(500) 내부에서 유동혼합헤더(600)(사이드 스크린(610)) 상측 으로부터 유입된 냉각재가 하측으로 토출될 때, 토출되는 위치를 결정한다.
상기 안내부(620)는 상기 사이드 스크린(610)의 전체 둘레를 감싸도록 형성되거나, 일정 영역을 감싸도록 형성되고, 복수개가 형성될 수도 있다.
본 발명의 유동혼합헤더(600)는 상기 사이드 스크린(610)이 복수개 형성되고, 안내부(620)가 복수개 형성될 수 있다.
상기 사이드 스크린(610)은 다중관 형태로, 상기 제1사이드 스크린(611) 내지 상기 압력용기(100) 내측에 제N-1사이드 스크린(61(N-1))을 감싸는 관형태의 제N사이드 스크린(61N)을 포함할 수 있고, 상기 안내부(620)는 상기 제1사이드 스크린(611)에 형성되는 제1안내부(621) 내지 상기 제N사이드 스크린(61N)에 형성되는 제N안내부(62N)를 포함할 수 있다.(이 때, 상기 N은 2이상의 정수)
더욱 상세하게, 상기 사이드 스크린(610)이 2개인 경우, 제1사이드 스크린(611) 및 제2사이드 스크린(612)을 포함하며, 상기 제1사이드 스크린(611)은 원자로 지지부(201) 측에 인접하게 위치된 구성을 의미하며, 상기 제2사이드 스크린(612)은 상기 제1사이드 스크린(611) 및 압력용기(100) 사이에 구비된 구성을 의미한다.
물론, 상기 사이드 스크린(610)이 3개인 경우에, 원자로 지지부(201)로부터 순차적으로 제1사이드 스크린(611), 제2사이드 스크린(612), 및 제3사이드 스크린(613)이 구비된다.
이 때, 상기 하향수로(500)는 상기 사이드 스크린(610)이 형성된 영역이, 상기 원자로 지지부(201)와 제1사이드 스크린(611) 사이의 제1공간부(501) 내지 상기 제N-1사이드 스크린(61(N-1))과 상기 제N사이드 스크린(61N) 사이의 제N공간부(50N)와, 상기 제N사이드 스크린(61N)과 압력용기(100) 사이의 제N+1공간부(50(N+1))로 구획된다.
더욱 상세하게, 상기 사이드 스크린(610)이 2개인 경우, 원자로 지지부(201)와 제1사이드 스크린(611) 사이의 제1공간부(501), 상기 제1사이드 스크린(611)과 제2사이드 스크린(612) 사이의 제2공간부(502), 및 상기 제2사이드 스크린(612) 및 압력용기(100) 사이의 제3공간부(503)가 형성된다.
또한, 상기 사이드 스크린(610)이 3개인 경우, 원자로 지지부(201)와 제1사이드 스크린(611) 사이의 제1공간부(501), 상기 제1사이드 스크린(611)과 제2사이드 스크린(612) 사이의 제2공간부(502), 제2사이드 스크린(612)과 제3사이드 스크린(613) 사이의 제3공간부(503), 및 제3사이드 스크린(613)과 압력용기(100) 사이의 제4공간부(504)가 형성된다.
한편, 증기발생기카세트(400)는 복수개 구비되므로, 본 발명의 유동혼합헤더(600)의 혼합 성능을 더욱 극대화하기 위하여, 단일 증기발생기카세트(400)로부터 배출되어 상기 유동혼합헤더(600)로 유입된 냉각재는 상기 사이드 스크린(610) 및 안내부(620)에 의해 유동혼합헤더(600) 하측의 하향수로(500) 전체 공간으로 안내되는 것이 바람직하다.
더욱 상세하게, 상기 증기발생기카세트(400)는 N+1개로 형성되며, 상기 유동혼합헤더(600)를 상기 원자로(200) 외주방향으로 각각의 증기발생기카세트(400)가 형성되는 제1영역 내지 제N+1영역으로 구분하였을 때, 상기 제1영역 내지 제N+1영역 중 하나를 형성하는 상기 제1공간부(501) 내지 제N+1공간부(50(N+1))로 유입된 냉각재는 각각 상기 제1영역 내지 제N+1영역으로 안내되어 이동된다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 유동혼합헤더(600)의 일실시예로서, 정수 N이 3으로서, 제1사이드 스크린(611) 내지 제3사이드 스크린(613)이 형성되고, 상기 제1사이드 스크린(611) 내지 제3사이드 스크린(613)의 외주면에 각각 제1안내부(621) 및 제3안내부(623)가 형성된 예를 나타내었다.
이 경우, 상기 하향수로(500)는 상기 제1사이드 스크린(611) 내지 상기 제3사이드 스크린(613)에 의해 제1공간부(501) 내지 제4공간부(504)로 구획된다.
또한, 상기 증기발생기카세트(400)는 4개로, 각각의 증기발생기카세트(400)는 도 6 (a)에 도시한 바와 같은 제1영역 내지 제4영역에 직접적인 영향을 준다.
도 5는 유동혼합헤더(600)의 형태를 보다 명확하게 나타내기 위하여, 도 3, 도 4, 및 도 6에 도시한 형태에 비하여 원자로 지지부(201)의 형성 직경이 작게 형성된 상태로 도시하였다.
또한, 도 5 (a)는 원자로 지지부(201), 유동혼합헤더(600) 및 압력용기(100)가 형성된 상태를, 도 5 (b)는 도 5 (a)에서 상기 압력용기(100)가 삭제되었을 때의 상태(제3사이드 스크린(613) 및 제3안내부(623) 형태 확인 가능)를, 도 5 (c)는 도 5 (b)에서 상기 제3사이드 스크린(613) 및 제3안내부(623)가 삭제되었을 때의 상태(제2사이드 스크린(612) 및 제2안내부(622) 형태 확인 가능)를, 도 5 (d)는 도 5 (c)에서 제2사이드 스크린(612) 및 제2안내부(622)가 삭제되었을 때의 상태(제1사이드 스크린(611) 및 제1안내부(621) 형태 확인 가능)를 나타내었다.
도 5 (a) 및 도 5 (d)를 참조로서, 상기 제1사이드 스크린(611)은 외주면에 제1안내부(621)가 형성되되, 상기 제1안내부(621)가 시계방향으로 4개 형성되며, 상기 제1안내부(621) 하나는 상측에서 바라보았을 때의 형성 크기가 대략 90° 각도로 형성되는 예를 나타내었다.
상기 제2사이드 스크린(612)은 외주면에 제2안내부(622)가 형성되되, 상기 제2안내부(622)가 시계방향으로 4개 형성되며, 상기 제2안내부(622) 하나는 상측에서 바라보았을 때의 형성 크기가 대략 180° 각도로 형성되는 예를 나타내었다.
상기 제3사이드 스크린(613)은 외주면에 제3안내부(623)가 형성되되, 상기 제3안내부(623)가 반시계방향으로 4개 형성되며, 상기 제3안내부(623) 하나는 상측에서 바라보았을 때의 형성 크기가 대략 -90° 각도로 형성되는 예를 나타내었다.
본 발명에서 "90°"와 "-90°"는 상측에서 바라보았을 때 형성되는 영역은 동일하되, 유입된 냉각재의 흐름이 서로 반대방향임을 의미하는 것으로서, 도 5 (b)에서 냉각재가 시계 반대 방향으로 안내되는 것을 90°로 표현하였고, 도 5 (d)에서 냉각재가 시계 방향으로 안내되는 것을 -90°로 표현하였다.
도 6은 제1영역으로 유입된 냉각재의 흐름을 나타내었으며, 도 7은 도 6에 도시한 유동혼합헤더(600)의 유동혼합헤더(600) 하측의 배출영역을 나타낸 도면으로, 유동혼합헤더(600) 상측의 유입영역과, 유동혼합헤더(600)의 각 공간부를 통과한 냉각재의 배출영역(유동혼합헤더(600) 하측의 영역)을 나타내었다.
도 6 및 도 7을 참조로, 상기 제1영역의 제1공간부(501)로 유입된 냉각재는 그대로 하측으로 이동되어 제1영역으로 이송되고, 상기 제1영역의 제2공간부(502)로 유입된 냉각재는 상기 제1안내부(621)를 따라 안내되어 제2영역으로 이송되며, 상기 제1영역의 제3공간부(503)로 유입된 냉각재는 상기 제2안내부(622)를 따라 안내되어 제3영역으로 이송되며, 상기 제1영역의 제4공간부(504)로 유입된 냉각재는 상기 제3안내부(623)를 따라 안내되어 제4영역으로 이송된다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 유동혼합헤더(600)는 동일한 제1영역으로 유입된 냉각재가 제1영역뿐만 아니라 제2영역 내지 제4영역, 즉, 하향수로(500) 전체로 분배되는 것으로서, 특정한 증기발생기카세트(400)로부터 유입된 냉각재가 본 발명의 유동혼합헤더(600)를 통과하면서 그 하측 영역으로 균등하게 분배되어 나머지 증기발생기카세트(400)로부터 유입된 냉각재들과 혼합된다.
더욱 상세하게, 유동혼합헤더(600)의 하측 영역의 제1영역을 살펴보면, 본 발명의 유동혼합헤더(600) 상측의 전체 영역(제1영역 내지 제4영역)으로부터 유입된 냉각재가 모두 이동되어 혼합된다.
물론, 유동혼합헤더(600) 하측 영역의 제2영역, 제3영역, 및 제4영역 역시, 본 발명의 유동혼합헤더(600) 상측의 전체 영역으로부터 유입된 냉각재가 모두 이동되어 혼합된다.
즉, 본 발명의 유동혼합헤더(600)는 냉각재의 혼합성능을 보다 높여 냉각재 유입구(202) 측의 온도 균일성을 높일 수 있으며, 이에 따라, 적절하게 냉각되지 못한 냉각재가 유입됨에 따른 열적 마진 저하와 함께 원자로(200)의 안전에 악영향을 끼치는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 5 및 도 6은 상기 안내부(620)의 직경방향 길이가 상기 사이드 스크린(610)의 이격 거리에 해당하여 상기 안내부(620)에 의해 이웃하는 사이드 스크린(610)이 일체로 형성되는 형태를 나타내었으며, 이 경우, 제조성 및 조립성을 보다 높일 수 있다.
물론, 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 유동혼합헤더(600)는 상기 안내부(620)의 직경방향 길이가 상기 사이드 스크린(610)의 이격거리보다 작게 형성되며, 복수개의 사이드 스크린(610)이 서로 개별적인 단품 형태로 구비될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 도 5, 6, 및 도 8에 도시한 예는 본 발명의 일 실시예로서, 상기 사이드 스크린(610)의 개수, 안내부(620)의 구비 위치, 형태 및 개수는 더욱 다양하게 변형 실시될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일체형 원자로 시스템(1000)의 사이드 스크린(610)을 이용한 유동혼합헤더(600)는 사이드 스크린(610) 및 안내부(620)를 이용하여 방사능 차폐 효과를 높일 수 있으면서도 복수개의 증기발생기카세트(400)로부터 배출되는 냉각재를 효과적으로 혼합하여 원자로(200)로 공급할 수 있어 안전성을 높인 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 일체형 원자로 시스템
100 : 압력용기
200 : 원자로 201 : 원자로 지지부
202 : 냉각재 유입구
300 : 주냉각재펌프
400 : 증기발생기카세트
500 : 하향수로
501 ~ 50(N+1) : 제1공간부 내지 제N+1공간부
이 때, () 내부의 "N+1"은 1단위의 숫자를 의미함
510 : 분리판 511 : 연결부
600 : 유동혼합헤더
610 : 사이드 스크린
611 ~ 61N : 제1사이드 스크린 내지 제N사이드 스크린
620 : 안내부
621 ~ 62N : 제1안내부 내지 제N안내부
(N은 3이상의 정수)

Claims (8)

  1. 압력용기(100); 상기 압력용기(100) 내부에 구비되며, 하측에 냉각재 유입구(202)가 형성되는 원자로(200); 상기 압력용기(100)에 설치되는 주냉각재펌프(300); 상기 주냉각재펌프(300)를 통해 상기 원자로(200)와 압력용기(100) 사이로 냉각재가 공급되어 이동되며 원자로(200) 외주를 따라 복수개 구비되는 증기발생기카세트(400); 상기 원자로(200)와 압력용기(100) 사이에 상기 복수개의 증기발생기카세트(400)로부터 배출되는 냉각수가 상기 원자로(200)의 냉각재 유입구(202)로 이동되는 하향수로(500);를 포함하는 일체형 원자로 시스템(1000)에 있어서,
    상기 일체형 원자로(200)는 상기 하향수로(500)에 유동혼합헤더(600)가 구비되되,
    상기 유동혼합헤더(600)는
    상기 원자로(200)를 감싸는 관 형태의 사이드 스크린(610); 및
    상기 사이드 스크린(610)의 상측과 하측을 연결하되, 상기 사이드 스크린(610)의 내주 또는 외주를 따라 냉각재가 유동하도록 상기 사이드 스크린(610)의 내주면 또는 외주면으로부터 돌출형성되는 안내부(620);를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 시스템(1000)의 사이드 스크린(610)을 이용한 유동혼합헤더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안내부(620)는 상기 사이드 스크린(610)의 내주 또는 외주에 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 시스템(1000)의 사이드 스크린(610)을 이용한 유동혼합헤더.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 사이드 스크린(610)은 다중관 형태로,
    제1사이드 스크린(611) 내지 상기 압력용기(100) 내측에 제N-1사이드 스크린(61(N-1))을 감싸는 관형태의 제N사이드 스크린(61N)을 포함하며,
    상기 안내부(620)는 상기 제1사이드 스크린(611)에 형성되는 제1안내부(621) 내지 상기 제N사이드 스크린(61N)에 형성되는 제N안내부(62N)를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 시스템(1000)의 사이드 스크린(610)을 이용한 유동혼합헤더.
    (N은 2이상의 정수)
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유동혼합헤더(600)는 상기 하향수로(500) 내부 공간을
    원자로 지지부(201)와 제1사이드 스크린(611) 사이의 제1공간부(501) 내지 상기 제N-1사이드 스크린(61(N-1))과 상기 제N사이드 스크린(61N) 사이의 제N공간부(50N)와, 상기 제N사이드 스크린(61N)과 압력용기(100) 사이의 제N+1공간부(50(N+1))로 구획하는 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 시스템(1000)의 사이드 스크린(610)을 이용한 유동혼합헤더.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 증기발생기카세트(400)는 N+1개로 형성되며,
    상기 유동혼합헤더(600)를 상기 원자로(200) 외주방향으로 각각의 증기발생기카세트(400)가 형성되는 제1영역 내지 제N+1영역으로 구분하였을 때,
    상기 제1영역 내지 제N+1영역 중 하나를 형성하는 상기 제1공간부(501) 내지 제N+1공간부(50(N+1))로 유입된 냉각재는 각각 상기 제1영역 내지 제N+1영역으로 안내되어 이동되는 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 시스템(1000)의 사이드 스크린(610)을 이용한 유동혼합헤더.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유동혼합헤더(600)는 상기 안내부(620)에 의해 이웃하는 사이드 스크린(610)이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 시스템(1000)의 사이드 스크린(610)을 이용한 유동혼합헤더.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 안내부(620)는 나선형태인 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 시스템(1000)의 사이드 스크린(610)을 이용한 유동혼합헤더.
  8. 제1항 내지 제7항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 사이드 스크린(610)은 금속 소재인 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 시스템(1000)의 사이드 스크린(610)을 이용한 유동혼합헤더.

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